JPH0855628A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対の電極間に配置される電解質板中の電解
質の流出を低減して前記電解質の流出に伴う前記電解質
板の内部抵抗の増大、ガスクロスオーバの発生を抑制し
た長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供する。 【構成】 電気導電性を有する一対の電極１１、１２
と、平均粒径０．２〜０．６μｍの微粒子をからなる保
持材および平均径０．５〜５μｍで平均長さ５０μｍ以
下の短繊維からなる補強材を含む多孔質体と前記多孔質
体に含浸された混合アルカリ炭酸塩を含む電解質とから
構成された電解質板１３と、前記一方の電極１１に燃料
ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記他方の
電極１２に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給
手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
に関し、特に導電性を有する一対の電極間に挟まれて配
置される電解質板を改良した溶融炭酸塩型燃料電池に係
わる。

【０００２】

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を図１
に示す。導電性を有する一対の電極であるアノード（燃
料極）１及びカソード（空気極）２間には、アルカリ炭
酸塩からなる電解質を保持した電解質板３が挟まれて配
置されている。前記電解質板３の両面周縁には、２つの
ハウジング４ａ、４ｂが当接され、これらハウジング４
ａ、４ｂ内に前記アノード１及びカソード２をそれぞれ
収納している。前記一方のハウジング４ａ内面と前記ア
ノード１の間及び前記他方のハウジング４ｂ内面と前記
カソード２の間には、それぞれ波形の集電板５ａ、５ｂ
が配置されている。前記アノード１が位置する一方の前
記ハウジング４ａには、燃料ガス（Ｈ₂ 、ＣＯ₂ ）を前
記アノード１に供給するための供給口６及び排出ガス
（ＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏ）を排気するための排気口７がそれぞ
れ開口されている。前記カソード２が位置する他方の前
記ハウジング４ｂには、酸化剤ガス（空気、ＣＯ₂ ）を
前記カソード２に供給するための供給口８及び排出ガス
（Ｎ₂ ）を排気するための排気口９がそれぞれ開口され
ている。

【０００３】上述した図１に示す溶融炭酸塩型料電池
は、高温下で電解質板３中の混合アルカリ炭酸塩を溶融
させ、アノード１にハウジング４ａの供給口６を通して
燃料ガス（Ｈ₂ 、ＣＯ₂ ）を、カソード２にハウジング
４ｂの供給口８を通して酸化剤ガス（空気、ＣＯ₂ ）を
それぞれ供給し、アノード１で下記(1) 式の反応を、カ
ソード２で下記(2) 式の反応を起こさせて運転するもの
である。

【０００４】 Ｈ₂ ＋ＣＯ₃ ^2-→Ｈ ₂Ｏ＋ＣＯ₂ ＋２ｅ^- …(1) 1/2 Ｏ₂ ＋ＣＯ₂ ＋２ｅ^- →ＣＯ₃ ^2- …(2) 前記溶融炭酸塩型燃料電池に使用される電解質板は、基
本的には混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を高温運転
時に液体となる前記電解質の流出を防止するために保持
粒子からなる多孔質体に含浸させた構造を有する。通
常、前記アルカリ炭酸塩はＬｉ₂ ＣＯ₃ 、Ｋ₂ ＣＯ₃ 及
びＮａ₂ ＣＯ₃ のうちの２種又は３種から選ばれる混合
物の形態で使用される。前記保持粒子としては、粒径
０．０５μｍ以上で０．２μｍ未満のα−リチウムアル
ミネート（α−ＬｉＡｌＯ₂ ）、β−ＬｉＡｌＯ₂ また
はγ−ＬｉＡｌＯ₂ からなる微粒子が使用される。

【０００５】前記電解質板は、炭酸イオン（ＣＯ₃ ^2-）
の移動を媒介とするだけでなく、アノード及びカソード
間の反応ガスの直接混合（ガスクロスオーバ）を阻止す
るためのガス透過障壁層としても機能する。こうした機
能を果たすには、電解質板中に電解質が充分に保持され
ていることが必要である。電解質の流出（電解質ロス）
は、内部抵抗の増大を招くばかりか、ガスクロスオーバ
の発生原因となる。

【０００６】このような要請に基づき、特開昭６３−２
９４６６８号公報には予め粒径０．０５μｍ以上で０．
２μｍ未満のα−リチウムアルミネート（α−ＬｉＡｌ
Ｏ₂）からなる保持粒子を抄紙機を用いてシート化して
多孔質体を形成した後、前記多孔質体に混合アルカリ炭
酸塩からなる電解質を含浸することにより電解質板を製
造する方法が開示されている。しかしながら、このよう
な電解質板を備えた燃料電池は運転中の起動・停止時に
起こる熱サイクルによって前記電解質板の多孔質体にク
ラックが発生する。その結果、ガスクロスオーバを生じ
る。

【０００７】このようなことから、特開昭５８−７１５
６４号公報には前述した微細な保持粒子に２５μｍ以上
の大きな粒子を補強材として加えて形成した多孔質体を
有する電解質板が開示されている。また、前述した微細
な保持粒子に径の大きな長繊維を補強材として加えて形
成した多孔質体を有する電解質板が知られている。しか
しながら、このような電解質板を備えた燃料電池は運転
中に前記多孔質体の前記保持粒子と補強材の間で凝集・
合体が生じて微細構造が変化して電解質が流出する。そ
の結果、内部抵抗の増大、ガスクロスオーバの発生を招
き、寿命特性が低下する。

【０００８】また、特開昭５４−３２３６号公報には比
表面積の大きい微小の短繊維により形成した多孔質体を
有する電解質板が開示されている。しかしながら、前記
多孔質体はそれを構成する繊維の長さが短いために十分
な強度が得られない。その上、前記多孔質体は微細な保
持粒子からなる多孔質体に比べて電解質の保持力が低下
する。

【０００９】さらに、特開昭５８−１２８６７０号公
報、特開昭５８−１２９７７７号公報には微細な保持粒
子と補強材である長繊維とから形成された多孔質体を有
する電解質板が開示されている。しかしながら、前記長
繊維は前記微細な保持粒子と均一に混合されないため、
得られた多孔質体の微細構造をコントロールすることが
困難になる。その結果、前記電解質板を有する燃料電池
を運転すると、その運転初期において前記多孔質体の粗
孔が生じやすくなる。運転初期において前記多孔質体に
粗孔が生じると、その後の運転中に前記多孔質体の微細
構造の変化が加速され、短時間に前記多孔質体に含浸さ
れた電解質が流出する。また、前記電解質板を備えた燃
料電池は運転中に前記多孔質体の前記保持粒子と長繊維
の間で凝集・合体に起因して前記長繊維に沿って連続孔
が発生する。その結果、ガスクロスオーバの発生を招
き、寿命特性が低下する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電解
質板の強度を向上し、かつ前記電解質板中の電解質の流
出を低減して、前記電解質の流出に伴う前記電解質板の
内部抵抗の増大、ガスクロスオーバの発生を抑制した長
寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供しようとするもので
ある。

【００１１】また、本発明の別の目的は高出力化を図る
ための高温、加圧（高加湿）の運転において電解質板の
安定性および強度が向上されると共に、前記電解質板中
の電解質の流出を低減して、前記電解質の流出に伴う前
記電解質板の内部抵抗の増大、ガスクロスオーバの発生
を抑制した長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供しよう
とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる溶融炭酸
塩型燃料電池は、電気導電性を有する一対の電極；前記
電極間に挟まれて配置され、保持材および補強材を含む
多孔質体と前記多孔質体に含浸された混合アルカリ炭酸
塩を含む電解質とから構成され、前記保持材は平均粒径
０．２〜０．６μｍの微粒子からなり、前記補強材は
０．５〜５μｍの径および５０μｍ以下の長さを有する
短繊維からなる電解質板；前記一方の電極に燃料ガスを
供給するための燃料ガス供給手段；および前記他方の電
極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給手段；
を備えたことを特徴とするものである。

【００１３】本発明に係わる別の溶融炭酸塩型燃料電池
は、電気導電性を有する一対の電極；前記電極間に挟ま
れて配置され、保持材および補強材を含む多孔質体と前
記多孔質体に含浸された混合アルカリ炭酸塩を含む電解
質とから構成され、前記保持材はα−リチウムアルミネ
ートからなる平均粒径０．２〜０．６μｍの第１微粒子
とリチウム化ジルコニア、安定化ジルコニア、リチウム
タンタレート、リチウムナイオベートおよびリチウムチ
タネートの群から選ばれる少なくとも１つの材料とから
なる平均粒径０．２〜０．６μｍからなる第２微粒子と
の混合微粒子であり、前記補強材はリチウムアルミネー
ト、リチウム化ジルコニア、安定化ジルコニア、リチウ
ムタンタレート、リチウムナイオベートおよびリチウム
チタネートの群から選ばれる少なくとも１つの材料から
なる短繊維である電解質板；前記一方の電極に燃料ガス
を供給するための燃料ガス供給手段；および前記他方の
電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給手
段；を備えたことを特徴とするものである。

【００１４】以下、本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電
池を図２、図３を参照して詳細に説明する。本発明の溶
融炭酸塩型燃料電池は、アノード（燃料極）１１、カソ
ード（空気極）１２及びこれら電極１１、１２間に配置
され、電解質を保持した電解質板１３を備えている。こ
れらアノード１１、カソード１２及び電解質板１３を単
位セルとし、複数の単位セルがセパレータ４を挟んで積
層されている。前記電解質板１３上面に配置された前記
アノード１１の対向する一対の縁部は、前記電解質板１
３の縁部から所望距離へだてて内側に位置し、かつ前記
アノード１１が存在しない前記電解質板１３の両縁部と
前記セパレータ１４の間にはエッジシール板１５ａが配
置されている。前記電解質板１３下面に配置された前記
カソード１２の前記エッジシール板１５ａと直交する一
対の縁部は、前記電解質板１３の縁部から所望距離へだ
てて内側に位置し、かつ前記カソード１２が存在しない
前記電解質板１３の両縁部と前記セパレータ１４の間に
は、エッジシール板１５ｂが配置されている。前記アノ
ード１１、セパレータ１４及びエッジシール板１５ａで
区画された空間（燃料ガス流通空間）には、集電板とし
ての導電性を有する孔開き板１６ａ、波板１７ａが前記
アノード１１側から順次積層されている。前記カソード
１２、セパレータ１４及びエッジシール板１５ｂで区画
された空間（酸化剤ガス流通空間）には、集電板として
の導電性を有する孔開き板１６ｂ、波板１７ｂが前記カ
ソード１２側から順次積層されている。このような複数
の単位セルがセパレータ１４を挟んで積層されたスタッ
ク発電要素の４つの側面には、枠状のフランジ１８を有
するマニホールド１９がそれぞれ配置されている。

【００１５】前記スタック発電要素の４つの側面と前記
マニホールド１９のフランジ１８との間にはそれぞれ枠
状のマニホールドシール板２０が介在されている。前記
燃料ガス流通空間が表出する前記発電要素の側面に対応
するのマニホールド（図示せず）には、燃料ガス２１を
供給するための供給管２２が取り付けられている。この
供給管２２と反対側のマニホールド１９には、ガス排出
管２３が取着されている。また、前記酸化剤ガス流通空
間が表出する前記発電要素の側面に対応するのマニホー
ルド（図示せず）には、酸化剤ガス２４を供給するため
の供給管２５が取り付けられている。この供給管２５と
反対側のマニホールド１９には、ガス排出管２６が取着
されている。

【００１６】前記電極１１、１２は、例えばニッケルベ
ースアロイ又はニッケルベースアロイの多孔質焼結体か
ら形成される。前記セパレータ１４、エッジシール１５
ａ、１５ｂ、孔開き板１６ａ、１６ｂ及び波板１７ａ、
１７ｂは、例えばステンレス鋼から形成される。

【００１７】前記燃料ガス２１としては、例えば水素
（Ｈ₂ ）と二酸化炭素（ＣＯ₂ ）との混合ガスなどを使
用できる。前記酸化剤ガス２４としては、例えば空気又
は酸素（Ｏ₂ ）と二酸化炭素（ＣＯ₂ ）との混合ガスな
どを使用できる。

【００１８】前記電解質板１３は、以下に詳述する多孔
質体（Ａ−１）、（Ａ−２）と、前記多孔質体に含浸さ
れた電解質（Ｂ）とから構成されている。 （Ａ−１）多孔質体 この多孔質体は、保持材および補強材を含み、前記保持
材は平均粒径０．２〜０．６μｍの微粒子からなり、前
記補強材は平均径０．５〜５μｍおよび平均長さ５０μ
ｍ以下の短繊維からなる。

【００１９】前記保持材を構成する前記微粒子は、例え
ばリチウムアルミネート、リチウム化ジルコニア、安定
化ジルコニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオ
ベートおよびリチウムチタネートの群から選ばれる少な
くとも１つの材料からなる。

【００２０】前記リチウムアルミネートとしては、α−
リチウムアルミネート、β−リチウムアルミネート、γ
−リチウムアルミネートが用いられる。前記リチウム化
ジルコニアは、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＣａＯで安定化され
たリチウム化ジルコニアを包含する。この安定化された
リチウム化ジルコニアは、ジルコニア、或いはＭｇＯ、
Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＣａＯで安定化されたジルコニアとリチウム
の炭酸塩、硝酸塩または水酸化物とを反応させることに
より合成される。

【００２１】前記安定化ジルコニアは、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ
₃ 、ＣａＯで安定化されたものである。前記リチウムタ
ンタレートとしては、例えばＬｉＴａＯ₃ 、Ｌｉ₃ Ｔａ
Ｏ₄ 等を挙げることができる。前記リチウムナイオベー
トとして、例えばＬｉＮｂＯ₂、ＬｉＮｂ₃ Ｏ₈ 、Ｌｉ₃
ＮｂＯ₄ 、ＬｉＮｂＯ₃ 等を挙げることができる。前
記リチウムチタネートとしては、例えばＬｉＴｉＯ₂ 、
ＬｉＴｉＯ₃ 等を挙げることができる。

【００２２】前記保持材は、α−リチウムアルミネート
からなる微粒子を含むことが特に好ましい。前記保持材
を構成する前記微粒子の平均粒径を０．２〜０．６μｍ
に規定したのは、次のような理由によるものである。前
記微粒子の平均粒径を０．２μｍ未満にすると、前記溶
融した混合アルカリ炭酸塩を含む電解質中で前記微粒子
が凝集・粒成長を生じて前記電解質が含浸された前記多
孔質体の構造安定性が低下する。一方、前記微粒子の平
均粒径が０．６μｍを越えると前記微粒子を保持材とし
て含む前記多孔質体による前記電解質の保持性が低下す
る。より好ましい前記微粒子の平均粒径は、０．２５〜
０．５５μｍである。

【００２３】前記保持材を構成する前記微粒子は、平均
粒径０．２〜０．６μｍにおいてその平均粒径の±６０
％の範囲内の粒子が８０体積％以上占めることが好まし
い。すなわち、平均粒径０．２〜０．６μｍの範囲内で
ある平均粒径０．４μｍの微粒子を用いた場合、０．４
μｍ±６０％、つまり０．１６〜０．６４μｍの粒径を
有する粒子が前記微粒子の少なくとも８０体積％占める
ことが好ましい。

【００２４】前記補強材を構成する短繊維は、前記微粒
子と同様にリチウムアルミネート、リチウム化ジルコニ
ア、安定化ジルコニア、リチウムタンタレート、リチウ
ムナイオベートおよびリチウムチタネートの群から選ば
れる少なくとも１つの材料からなる。

【００２５】前記補強材を構成する短繊維の平均径およ
び平均長さをそれぞれ０．５〜５μｍおよび５０μｍ以
下に規定したのは、次のような理由によるものである。
前記短繊維の平均径を０．５μｍ未満にすると、前記短
繊維を含む前記多孔質体の強度が低下する。一方、前記
短繊維の平均径が５μｍを越えると前記微粒子と前記短
繊維との曲率差が大きくなって前記溶融した混合アルカ
リ炭酸塩を含む電解質中で前記微粒子と前記短繊維とが
相互に凝集・合体して前記電解質が含浸された前記多孔
質体の構造安定性が低下する。より好ましい前記短繊維
の平均径は１〜２μｍである。また、前記短繊維の長さ
が５０μｍを越えると前記多孔質体の微細構造の制御が
困難になり、前記微粒子と前記短繊維とが相互に凝集・
合体して前記電解質が含浸された前記多孔質体の構造安
定性が低下する。さらに、短繊維は同体積の長繊維に比
べて無配向・高密度で多孔質体中に分散させることがで
き、降温時の溶融炭酸塩の固化に伴うクラック発生を効
率よく抑制することができる。より好ましい前記短繊維
の平均長さは、５〜３０μｍである。この短繊維の平均
長さは、電解質板の厚さの１／４以下であることが好ま
しい。

【００２６】前記保持材と前記補強材は、互いに異なる
材料からなることが好ましい。ここで、前記保持材と前
記補強材とが材質的に異なるとは、前記保持材および前
記補強材が互いに材料が異なる場合と、両者に同じ材料
を用いると共に一方に別の材料を混合して組成的に異な
らせた場合とを意味するものである。

【００２７】前記多孔質体中の前記保持材と前記補強材
の割合は、体積比率にて５：５〜９：１にすることが好
ましい。これは、次のような理由によるものである。前
記保持材の比率を５未満にすると、前記保持材および前
記補強材を含む多孔質体による溶融炭酸塩の保持性能が
低下する恐れがある。一方、前記保持材の比率が９を越
えると、前記補強材の比率が相対的に低くなり過ぎ、前
記保持材および前記補強材を含む多孔質体の強度低下を
招く恐れがある。より好ましい前記多孔質体中の前記保
持材と前記補強材の割合は、体積比率にて６：４〜８：
２である。

【００２８】前記多孔質体は、例えば気孔率が４０〜６
５％であることが好ましい。このような気孔率の多孔質
体は、前記溶融炭酸塩を含む電解質を良好に保持すると
共に所定の強度を維持することが可能になる。

【００２９】前記多孔質体には、平均粒径５〜５０μｍ
の粒子および平均長さ２００μｍ以上の長繊維のいずれ
か一方または両者を補強材として含むことを許容する。
このような粒子および長繊維は、前記多孔質体中に体積
比率にて５％以下の割合で含むことが好ましい。

【００３０】（Ａ−２）多孔質体 この多孔質体は、保持材および補強材を含み、前記保持
材はα−リチウムアルミネートからなる平均粒径０．２
〜０．６μｍの第１微粒子とリチウム化ジルコニア、安
定化ジルコニア、リチウムタンタレート、リチウムナイ
オベートおよびリチウムチタネートの群から選ばれる少
なくとも１つの材料とからなる平均粒径０．２〜０．６
μｍからなる第２微粒子との混合微粒子により構成さ
れ、前記補強材はリチウムアルミネート、リチウム化ジ
ルコニア、安定化ジルコニア、リチウムタンタレート、
リチウムナイオベートおよびリチウムチタネートの群か
ら選ばれる少なくとも１つの材料からなる短繊維から構
成される。ここで、前記リチウムアルミネート、安定化
ジルコニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベ
ートおよびリチウムチタネートは、それぞれ前述した多
孔質体（Ａ−１）で説明したのと同様なものを意味す
る。

【００３１】前記保持材を構成する第１、第２の微粒子
の平均粒径を０．２〜０．６μｍに規定したのは、次の
ような理由によるものである。前記第１、第２の微粒子
の平均粒径を０．２μｍ未満にすると、前記溶融炭酸塩
を含む電解質中で前記微粒子が凝集・粒成長を生じて前
記電解質が含浸された前記多孔質体の構造安定性が低下
する。一方、前記第１、第２の微粒子の平均粒径が０．
６μｍを越えると前記微粒子を保持材として含む前記多
孔質体による前記溶融炭酸塩の保持性が低下する。より
好ましい前記第１、第２の微粒子の平均粒径は、０．２
５〜０．５５μｍである。

【００３２】前記保持材を構成する前記第１微粒子と前
記第２微粒子とは、体積比率にて５：５〜９：１の割合
で配合されることが好ましい。このように前記第１、第
２の微粒子の配合割合を規定したのは、次のような理由
によるものである。前記第１微粒子の配合割合を５未満
にすると、高温、加圧条件での運転時において安定の高
い多孔質体を得ることが困難になる。一方、前記第１微
粒子の配合割合が９を越えると、前記保持材中に占める
前記リチウム化ジルコニア等からなる第２微粒子の配合
割合が相対的に少なくなり過ぎ、高温、加圧条件での運
転時において前記第１微粒子が凝集、粒成長して溶融炭
酸塩を含む電解質の保持性が低下する恐れがある。より
好ましい前記第１微粒子と前記第２微粒子とは、体積比
率にて６：４〜８：２である。

【００３３】前記補強材を構成する短繊維は、平均径
０．５〜５μｍ、平均長さ５０μｍ以下であることが好
ましい。このように短繊維の平均径および平均長さを規
定したのは、次のような理由によるものである。前記短
繊維の平均径を０．５μｍ未満にすると、前記短繊維を
含む前記多孔質体の強度が低下する恐れがある。一方、
前記短繊維の平均径が５μｍを越えると前記微粒子と前
記短繊維との曲率差が大きくなって前記溶融炭酸塩を含
む電解質中で前記微粒子と前記短繊維とが相互に凝集・
合体して前記電解質が含浸された前記多孔質体の構造安
定性が低下する恐れがある。より好ましい前記短繊維の
平均径は１〜２μｍである。また、前記短繊維の長さが
５０μｍを越えると前記多孔質体の微細構造の制御が困
難になり、前記微粒子と前記短繊維とが相互に凝集・合
体して前記溶融炭酸塩を含む電解質が含浸された前記多
孔質体の構造安定性が低下する恐れがある。より好まし
い前記短繊維の平均長さは、５〜３０μｍである。

【００３４】前記保持材と前記補強材は、互いに異なる
材料からなることが好ましい。前記多孔質体は、前記保
持材および前記補強材として次のような材料を選択して
構成することが好適である。

【００３５】（ａ）α−リチウムアルミネートからなる
第１微粒子およびリチウム化ジルコネートからなる第２
微粒子の混合微粒子である保持材と、α、βまたはγの
リチウムアルミネートからなる短繊維である補強材とか
ら構成された多孔質体。

【００３６】（ｂ）α−リチウムアルミネートからなる
第１微粒子およびリチウムタンタレートからなる第２微
粒子の混合微粒子である保持材と、リチウム化ジルコネ
ートからなる短繊維である補強材とから構成された多孔
質体。

【００３７】前記多孔質体中の前記保持材と前記補強材
の割合は、体積比率にて５：５〜９：１にすることが好
ましい。これは、次のような理由によるものである。前
記保持材の比率を５未満にすると、前記保持材および前
記補強材を含む多孔質体による溶融炭酸塩の保持性能が
低下する恐れがある。一方、前記保持材の比率が９を越
えると、前記補強材の比率が相対的に低くなり過ぎ、前
記保持材および前記補強材を含む多孔質体の強度低下を
招く恐れがある。より好ましい前記多孔質体中の前記保
持材と前記補強材の割合は、体積比率にて６：４〜８：
２である。

【００３８】前記多孔質体は、例えば気孔率が４０〜６
５％であることが望ましい。このような気孔率の多孔質
体は、前記電解質を良好に保持すると共に所定の強度を
維持することが可能になる。

【００３９】前記多孔質体には、平均粒径５〜５０μｍ
の粒子および平均長さ２００μｍ以上の長繊維のいずれ
か一方または両者を補強材として含むことを許容する。
このような粒子および長繊維は、前記多孔質体中に体積
比率にて５％以下の割合で含むことが好ましい。

【００４０】（Ｂ）電解質 この電解質中に含まれる混合アルカリ炭酸塩としては、
例えば炭酸リチウム（Ｌｉ₂ ＣＯ₃ ）と炭酸カリウム
（Ｋ₂ ＣＯ₃ ）の混合物、Ｌｉ₂ ＣＯ₃ と炭酸ナトリウ
ム（Ｎａ₂ ＣＯ₃ ）の混合物、Ｌｉ₂ ＣＯ₃ とＫ₂ ＣＯ
₃ とＮａ₂ ＣＯ₃の混合物等を挙げることができる。た
だし、前記混合物に炭酸カルシウム、炭酸マグネシウ
ム、炭酸バリウムから選ばれる少なくとも１種のアルカ
リ土類炭酸塩を添加して電解質を構成することを許容す
る。

【００４１】前記電解質板は、例えば次のような方法に
製造される。 （１）まず、前記保持材、前記補強材に有機バインダを
加え、有機溶媒の存在下で混合する。ここに用いる有機
バインダとしては、例えばポリビニルブチラール、可塑
剤、アクリル樹脂等を挙げることができる。前記有機溶
媒としては、例えばトルエン、キシレン、メチルエチル
ケトン等を挙げることができる。つづいて、前記混合物
を通常のシート成形法（例えばドクターブレード法）に
よりグリーンシートを成形した後、脱脂することにより
所定の気孔率を有する多孔質体を作製する。

【００４２】一方、混合アルカリ炭酸塩を含む電解質を
前記多孔質体と同様な方法によりシート成形してシート
状物を作製する。次いで、前記多孔質体上に前記シート
状物を重ね、前記シート状物を溶融して前記多孔質体に
含浸させることにより電解質板を製造する。

【００４３】（２）前記（１）の方法により作製した多
孔質体を予め混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸
させたアノードと無含浸のカソードの間に配置し、前述
した図２に示す単位セルとし、複数の単位セルをセパレ
ータを挟んで積層してスタック発電要素とした後、この
発電要素の４つの側面にマニホールドを取付けて燃料電
池を組立てる。この後、作動温度まで昇温させ、前記多
孔質体の気孔部分に前記アノード中の溶融した混合アル
カリ炭酸塩を拡散、充填して電解質板を製造する。

【００４４】前記電解質板は、２００〜５００μｍの厚
さを有することが好ましい。前記電解質板の厚さを２０
０μｍ未満にすると、電解質板本来の特性を発揮するこ
とが困難になる。一方、前記電解質板の厚さが５００μ
ｍを越えると均一な厚さの電解質板を得ることが困難に
なる。

【００４５】

【作用】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池は、保持
材および補強材を含み、前記保持材は平均粒径０．２〜
０．６μｍの微粒子からなり、前記補強材は平均径０．
５〜５μｍおよび平均長さ５０μｍ以下の短繊維からな
る前述した多孔質体（Ａ−１）と、前記多孔質体に含浸
された混合アルカリ炭酸塩を含む電解質とから構成され
た電解質板を備える。このような電解質板の前記多孔質
体は、高い強度を有し、かつ長時間に亘って前記電解質
を良好に保持できる。その結果、前記電解質板中の電解
質の流出が低減され、電解質の流出に伴う内部抵抗の増
大、ガスクロスオーバの発生を抑制できるため、前記電
解質板を備えた溶融炭酸塩型燃料電池は長寿命化が図ら
れる。

【００４６】すなわち、保持材として所定の平均粒径を
有する微粒子を用いることによって、前記微粒子同士の
凝集、粒成長が抑制されて微細構造の多孔質体を構成で
きるため、混合アルカリ炭酸塩を含む電解質を良好に保
持することができる。また、補強材として所定の平均径
および平均長さを有する短繊維を用いることによって、
多孔質体の強度を向上でき、かつ多孔質体の微細構造を
容易に制御することができるため、前記多孔質板に混合
アルカリ炭酸塩を含む電解質を含浸した電解質板を燃料
電池に組み込んだ時の熱サイクルによるクラック発生を
抑制できる。さらに、前記短繊維からなる補強材はそれ
と同様な補強効果を発揮するのに必要な粒径の大きい粒
子からなる補強材に比べて前記微粒子に対する曲率差を
小さくできるため、溶融した混合アルカリ炭酸塩を含む
電解質中で前記微粒子と前記短繊維とが相互に凝集・合
体するのを抑制できる。その結果、前記電解質が含浸さ
れた前記多孔質体は、良好な構造安定性が維持されるた
め、前記電解質の保持性能および耐熱サイクル性を長時
間に亘って維持することができる。

【００４７】したがって、前記電解質板を備えた溶融炭
酸塩型燃料電池は前記電解質板中の電解質の流出を低減
でき、電解質の流出に伴う内部抵抗の増大、ガスクロス
オーバの発生を抑制できるため、長寿命化を図ることが
できる。

【００４８】また、前記微粒子からなる保持材と前記短
繊維からなる補強材とを材質的に異ならせることによっ
て、溶融した混合アルカリ炭酸塩を含む電解質中で前記
微粒子と前記短繊維とが相互に凝集・合体するのをより
効果的に抑制できる。その結果、これら保持材および補
強材を含む多孔質体に電解質を含浸させた電解質板を備
えた燃料電池は前記電解質板中の電解質の流出を著しく
低減でき、電解質の流出に伴う内部抵抗の増大、ガスク
ロスオーバの発生を顕著に抑制できる。

【００４９】さらに、本発明に係わる別の溶融炭酸塩型
燃料電池は保持材および補強材を含み、前記保持材はα
−リチウムアルミネートからなる平均粒径０．２〜０．
６μｍの第１微粒子とリチウム化ジルコニア、安定化ジ
ルコニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベー
トおよびリチウムチタネートの群から選ばれる少なくと
も１つの材料とからなる平均粒径０．２〜０．６μｍか
らなる第２微粒子との混合微粒子により構成され、前記
補強材はリチウムアルミネート、リチウム化ジルコニ
ア、安定化ジルコニア、リチウムタンタレート、リチウ
ムナイオベートおよびリチウムチタネートの群から選ば
れる少なくとも１つの材料からなる短繊維から構成され
る前述した多孔質体（Ａ−２）と、前記多孔質体に含浸
された混合アルカリ炭酸塩を含む電解質とから構成され
た電解質板を備える。このような電解質板の前記多孔質
体は、高出力化を図るための高温、加圧（高加湿）下で
の運転において良好な構造安定性を有し、かつ長時間に
亘って前記電解質を良好に保持できる。その結果、高
温、加圧下での運転において前記電解質板中の電解質の
流出が低減され、電解質の流出に伴う内部抵抗の増大、
ガスクロスオーバの発生を抑制できるため、前記電解質
板を備えた溶融炭酸塩型燃料電池は高出力運転と長寿命
化を図ることができる。

【００５０】すなわち、本発明者らは保持材として汎用
されているリチウムアルミネートについて種々研究を行
ったところ、α型のリチウムアルミネートは一般的に用
いられているγ型のリチウムアルミネートに比べて溶融
した混合炭酸塩を含む電解質中、特に加湿下において変
態し難い、つまり相安定性が良好で、凝集・粒成長が抑
制される性質を有することを見出した。しかしながら、
前記α−リチウムアルミネートの微粒子のみを保持材と
して含む多孔質体に溶融した混合アルカリ炭酸塩を含む
電解質を含浸させた電解質板を備えた燃料電池を高出力
化を図る目的で高温、加圧下にて運転すると、その運転
条件が過酷であるために相安定性が良好なα−リチウム
アルミネートの微粒子といえども相互に凝集して粒成長
が生じ易くなる。その結果、多孔質体の微細構造が崩れ
て電解質の保持性が低下する。

【００５１】このようなことから、保持材として前記α
−リチウムアルミネートの微粒子（第１微粒子）にリチ
ウム化ジルコニア、安定化ジルコニア、リチウムタンタ
レート、リチウムナイオベートおよびリチウムチタネー
トの群から選ばれる少なくとも１つの材料、つまり前記
第１微粒子とは異種の材料からなる微粒子（第２微粒
子）を混合した混合微粒子を用いることによって、前記
第１微粒子の間に異種材料の第２微粒子が介在されるた
め、それら微粒子同士の凝集、粒成長を抑制できる。ま
た、前記第２微粒子の材料であるリチウム化ジルコニ
ア、安定化ジルコニア、リチウムタンタレート、リチウ
ムナイオベートおよびリチウムチタネートは前記α−リ
チウムアルミネートに比べて密度が高い、つまり溶融し
た混合アルカリ炭酸塩を含む電解質中で移動し難いた
め、前記第１、第２の微粒子の凝集を抑制できる。さら
に、前記第１、第２の微粒子の平均粒径を０．２〜０．
６μｍに規定することによって前記第１微粒子同士およ
び第２微粒子同士の凝集、粒成長を抑制できる。その結
果、前記第１、第２の微粒子を含む多孔質体は良好な微
細構造が維持されるため、高温、加湿下での長時間の運
転においても電解質を良好に保持性することができる。

【００５２】また、補強材として所定の材料からなる短
繊維を用いることによって、多孔質体の強度を向上でき
るため、前記多孔質板に混合アルカリ炭酸塩を含む電解
質を含浸した電解質板を燃料電池に組み込んだ時の熱サ
イクルによるクラック発生を抑制できる。さらに、前記
短繊維からなる補強材はそれと同様な補強効果を発揮す
るのに必要な粒径の大きい粒子からなる補強材に比べて
前記第１、第２の微粒子に対する曲率差を小さくできる
ため、溶融した混合アルカリ炭酸塩を含む電解質中で前
記第１、第２の微粒子と前記短繊維とが相互に凝集・合
体するのを抑制できる。その結果、前記電解質が含浸さ
れた前記多孔質体は、良好な構造安定性が維持されるた
め、前記電解質の保持性能および耐熱サイクル性を長時
間に亘って維持することができる。

【００５３】したがって、前記電解質板を備えた溶融炭
酸塩型燃料電池は高温、加圧下での運転において前記電
解質板中の電解質の流出を低減でき、電解質の流出に伴
う内部抵抗の増大、ガスクロスオーバの発生を抑制でき
るため、高出力運転と長寿命化を図ることができる。

【００５４】特に、前記補強材として平均径０．５〜５
μｍおよび平均長さ５０μｍ以下の短繊維を用いること
によって、多孔質体の微細構造を容易に制御することが
でき、前記微粒子と前記短繊維との凝集・合体が抑制さ
れる。その結果、前記多孔質体に含浸される電解質の保
持性能をより向上することができると共に、前記短繊維
が無配向に分散されることによって、耐熱サイクル性も
より向上することができる。

【００５５】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説
明する。 （実施例１）まず、平均粒径０．４μｍで、この平均粒
径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が全体の８０体積
％以上を占めるα−リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ
₂ ）微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ
３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補
強材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、
ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエ
ンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つ
づいて、前記スラリーをキャリアシート上に展開し、厚
さ約０．５ｍｍのマトリックスグリーシートとした。こ
の後、前記グリーシートを大気中で脱脂して多孔質体を
作製した。

【００５６】次いで、混合アルカリ炭酸塩（Ｌｉ₂ ＣＯ
₃ ；６２モル％、Ｋ₂ ＣＯ₃ ；３８モル％）をアルミナ
ポット内でポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルお
よびトルエンと共に湿式混合してスラリーを調製し、前
記スラリーをキャリアシート上に展開し、さらに得られ
たグリーンシートを脱脂することにより混合アルカリ炭
酸塩を電解質として含むシート状物を作製した。つづい
て、前記多孔質体上に前記シート状物を重ね、５５０℃
まで昇温して前記シート状物を溶融状態とすることによ
り前記混合アルカリ炭酸塩を前記多孔質体に含浸して厚
さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００５７】（実施例２）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径０．５μｍ、平均長
さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる
補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入
れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびト
ルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製し
た。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な
方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混
合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍ
の電解質板を作製した。

【００５８】（実施例３）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径５μｍ、平均長さ３
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００５９】（実施例４）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ５
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００６０】（実施例５）まず、平均粒径０．２μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００６１】（実施例６）まず、平均粒径０．６μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００６２】（実施例７）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるγ−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００６３】（実施例８）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるリチウムチタネート（Ｌ
ｉＴｉＯ₂ ）微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、
平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維か
らなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポット
に入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよ
びトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製
した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と同様
な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に
混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍ
ｍの電解質板を作製した。

【００６４】（実施例９）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるリチウム化ジルコニア
（Ｌｉ₂ ＺｒＯ₃ ）微粒子からなる保持材と、平均径２
μｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短
繊維からなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナ
ポットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチ
ルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリー
を調製した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１
と同様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔
質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ
０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００６５】（実施例１０）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるリチウムナイオベート
（ＬｉＮｂＯ₃ ）微粒子からなる保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊
維からなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポ
ットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル
およびトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを
調製した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と
同様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質
体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．
５ｍｍの電解質板を作製した。

【００６６】（実施例１１）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるリチウムタンタレート
（ＬｉＴａＯ₃ ）微粒子からなる保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊
維からなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポ
ットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル
およびトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを
調製した。つづいて、前記スラリーを用いた以外、実施
例１と同様な方法により多孔質体を作製し、前記多孔質
体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．
５ｍｍの電解質板を作製した。

【００６７】（実施例１２）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるγ−リチウムアルミネー
ト微粒子および同粒径のリチウム化ジルコニア微粒子が
７０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊
維からなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポ
ットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル
およびトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを
調製した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と
同様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質
体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．
５ｍｍの電解質板を作製した。

【００６８】（実施例１３）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるγ−リチウムアルミネー
ト微粒子および同粒径のリチウムタンタレート微粒子が
７０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊
維からなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポ
ットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル
およびトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを
調製した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と
同様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質
体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．
５ｍｍの電解質板を作製した。

【００６９】（実施例１４）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるγ−リチウムアルミネー
ト微粒子および同粒径のリチウム化ジルコニア微粒子が
７０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのリチウム化ジルコニア短繊維か
らなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポット
に入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよ
びトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製
した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と同様
な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に
混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍ
ｍの電解質板を作製した。

【００７０】（実施例１５）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるγ−リチウムアルミネー
ト微粒子および同粒径のリチウムタンタレート微粒子が
７０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのリチウム化ジルコニア短繊維か
らなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポット
に入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよ
びトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製
した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と同様
な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に
混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍ
ｍの電解質板を作製した。

【００７１】（実施例１６）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３
０μｍのリチウム化ジルコニア短繊維からなる補強材と
を７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポリビ
ニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエンと共
に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづい
て、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法により
多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカリ
炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質板
を作製した。

【００７２】（実施例１７）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の５０体積％を占めるα−リチウムアルミネート微
粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３０μ
ｍのリチウム化ジルコニア短繊維からなる補強材とを７
０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポリビニル
ブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエンと共に２
０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづいて、前
記スラリーを用いて実施例１と同様な方法により多孔質
体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩
を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製
した。

【００７３】（比較例１）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子のみをアルミナポットに入れ、ポリビニルブチ
ラール、フタル酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時
間湿式混合してスラリーを調製した。つづいて、前記ス
ラリーを用いて実施例１と同様な方法により多孔質体を
作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含
浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製し
た。

【００７４】（比較例２）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均粒径３０μｍのγ−リ
チウムアルミネート粒子からなる補強材とを７０：３０
の体積比でアルミナポットに入れ、ポリビニルブチラー
ル、フタル酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿
式混合してスラリーを調製した。つづいて、前記スラリ
ーを用いて実施例１と同様な方法により多孔質体を作製
し、さらに前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸す
ることにより厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００７５】（比較例３）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径０．３μｍ、平均長
さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる
補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入
れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびト
ルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製し
た。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な
方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混
合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍ
の電解質板を作製した。

【００７６】（比較例４）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径８μｍ、平均長さ３
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００７７】（比較例５）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ７
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００７８】（比較例６）まず、平均粒径０．１μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００７９】（比較例７）まず、平均粒径０．８μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３
０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強
材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポ
リビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエン
と共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづ
いて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な方法によ
り多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカ
リ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質
板を作製した。

【００８０】（比較例８）まず、平均粒径０．４μｍ
で、この平均粒径の±６０％の範囲の粒径を持つ粒子が
全体の８０体積％以上を占めるα−リチウムアルミネー
ト微粒子からなる保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３
０μｍのアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）短繊維からなる補強材
とを７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポリ
ビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエンと
共に２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづい
て、前記スラリーを用いた以外、実施例１と同様な方法
により多孔質体を作製し、前記多孔質体に混合アルカリ
炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質板
を作製した。

【００８１】（比較例９）まず、平均粒径０．２μｍの
γ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強材のみを
アルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル
酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合して
スラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを用いて
実施例１と同様な方法により多孔質体を作製し、さらに
前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することによ
り厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００８２】（比較例１０）まず、平均径２μｍ、平均
長さ３００μｍのγ−リチウムアルミネート長繊維のみ
をアルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、フタ
ル酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合し
てスラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを用い
て実施例１と同様な方法により多孔質体を作製し、さら
に前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することに
より厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００８３】（比較例１１）まず、平均径２μｍ、平均
長さ３００μｍのリチウム化ジルコニア長繊維のみをア
ルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸
ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合してス
ラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを用いて実
施例１と同様な方法により多孔質体を作製し、さらに前
記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより
厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００８４】（比較例１２）まず、平均粒径０．４μｍ
のγ−リチウムアルミネート微粒子からなる保持材と、
平均径２μｍ、平均長さ３００μｍのγ−リチウムアル
ミネート長繊維からなる補強材とを７０：３０の体積比
でアルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、フタ
ル酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合し
てスラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを用い
て実施例１と同様な方法により多孔質体を作製し、さら
に前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することに
より厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００８５】（比較例１３）まず、平均粒径０．１μｍ
のγ−リチウムアルミネート微粒子からなる保持材と、
平均径１０μｍ、平均長さ４００μｍのアルミナ長繊維
からなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポッ
トに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルお
よびトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調
製した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と同
様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体
に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５
ｍｍの電解質板を作製した。

【００８６】（比較例１４）まず、平均粒径０．１のα
−リチウムアルミネート微粒子のみをアルミナポットに
入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよび
トルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製し
た。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１と同様な
方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に混
合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍｍ
の電解質板を作製した。

【００８７】（比較例１５）まず、平均粒径０．１μｍ
のγ−リチウムアルミネート微粒子からなる保持材と、
平均径１０μｍ、平均長さ７０μｍのリチウム化ジルコ
ニア短繊維からなる補強材とを７０：３０の体積比でア
ルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸
ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合してス
ラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを用いて実
施例１と同様な方法により多孔質体を作製し、さらに前
記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより
厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００８８】実施例１〜１７および比較例１〜１５の各
電解質板と、それぞれニッケルベースアロイからなるア
ノード、カソードと、それぞれステンレス鋼からなるセ
パレータ、エッジシール板、孔開き板、波板を用いて前
述した図２及び図３に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組立
てた。各燃料電池のアノードに燃料ガスとしてのＨ₂８
０体積％とＣＯ₂ ２０体積％の混合ガスを供給し、カソ
ードに酸化剤ガスとしての空気７０体積％とＣＯ₂ ３０
体積％の混合ガスをそれぞれ供給し、７００℃で１５０
ｍＡ／ｃｍ² の負荷条件で発電試験を行なった。発電試
験は、２０００時間の連続運転を行ない、その間に５回
の熱サイクルをかけた。２０００時間の発電試験を行っ
た後、前記アノードにＨ₂ ８０体積％とＣＯ₂ ２０体積
％の燃料ガスに対してＨｅを１０体積％加えた混合ガス
を供給し、カソードに酸化剤ガスとしての空気７０体積
％とＣＯ₂ ３０体積％の混合ガスをそれぞれ供給し、カ
ソードの出口側のガス中に含まれるＨｅ濃度を測定する
ことによりガスクロスリークを求めた。その結果を下記
表１〜表３に示す。

【００８９】

【表１】

【００９０】

【表２】

【００９１】

【表３】

【００９２】前記表１〜表３から明らかなように平均粒
径０．２〜０．６μｍの微粒子からなる保持材と平均径
０．５〜５μｍ、平均長さ５０μｍ以下の短繊維からな
る補強材で構成され、前記微粒子および前記短繊維がリ
チウムアルミネート、リチウム化ジルコニア、安定化ジ
ルコニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベー
トおよびリチウムチタネートの群から選ばれる少なくと
も１つの材料からなる多孔質体を有する電解質板（実施
例１〜１７）を備えた燃料電池は、２０００時間の間に
５回の熱サイクルを加えた運転試験後のガスクロスリー
ク量が出口側のカソードガス流量に対して１％以下に収
まり、長寿命で高い信頼性を有することがわかる。

【００９３】これに対し、比較例１〜１５の電解質板を
備えた燃料電池はでは、２０００時間の間に５回の熱サ
イクルを加えた運転試験後のガスクロスリーク量が出口
側のカソードガス流量に対して２％以上であり、ガスク
ロスオーバが著しいことがわかる。

【００９４】（実施例１８）まず、平均粒径０．２μｍ
のα−リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ₂ ）からなる
第１微粒子および同粒径のリチウムタンタレート（Ｌｉ
ＴａＯ₃ ）からなる第２微粒子が７０：３０の体積比で
混合された保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３０μｍ
のγ−リチウムアルミネート短繊維からなる補強材とを
７０：３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポリビニ
ルブチラール、フタル酸ジブチルおよびトルエンと共に
２０時間湿式混合してスラリーを調製した。つづいて、
前記スラリーをキャリアシート上に展開し、厚さ約０．
５ｍｍのマトリックスグリーシートとした。この後、前
記グリーシートを大気中で脱脂して多孔質体を作製し
た。

【００９５】次いで、混合アルカリ炭酸塩（Ｌｉ₂ ＣＯ
₃ ；６２モル％、Ｋ₂ ＣＯ₃ ；３８モル％）をアルミナ
ポット内でポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルお
よびトルエンと共に湿式混合してスラリーを調製し、前
記スラリーをキャリアシート上に展開し、さらに得られ
たグリーンシートを脱脂することにより混合アルカリ炭
酸塩を電解質として含むシート状物を作製した。つづい
て、前記多孔質体上に前記シート状物を重ね、５５０℃
まで昇温して前記シート状物を溶融状態とすることによ
り前記混合アルカリ炭酸塩を前記多孔質体に含浸して厚
さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００９６】（実施例１９）まず、平均粒径０．６μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウムタンタレートからなる第２微粒子が７
０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊
維からなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポ
ットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル
およびトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを
調製した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１８
と同様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔
質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ
０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００９７】（実施例２０）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウムチタネート（ＬｉＴｉＯ₂ ）からなる
第２微粒子が７０：３０の体積比で混合された保持材
と、平均径２μｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムア
ルミネート短繊維からなる補強材とを７０：３０の体積
比でアルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、フ
タル酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合
してスラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを用
いて実施例１８と同様な方法により多孔質体を作製し、
さらに前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸するこ
とにより厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００９８】（実施例２１）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウム化ジルコニア（Ｌｉ₂ ＺｒＯ₃ ）から
なる第２微粒子が７０：３０の体積比で混合された保持
材と、平均径２μｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウム
アルミネート短繊維からなる補強材とを７０：３０の体
積比でアルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、
フタル酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混
合してスラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを
用いて実施例１８と同様な方法により多孔質体を作製
し、さらに前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸す
ることにより厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【００９９】（実施例２２）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃ ）からな
る第２微粒子が７０：３０の体積比で混合された保持材
と、平均径２μｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムア
ルミネート短繊維からなる補強材とを７０：３０の体積
比でアルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、フ
タル酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合
してスラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを用
いて実施例１８と同様な方法により多孔質体を作製し、
さらに前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸するこ
とにより厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【０１００】（実施例２３）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウムタンタレートからなる第２微粒子が７
０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミネート短繊
維からなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポ
ットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル
およびトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを
調製した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１８
と同様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔
質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ
０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【０１０１】（実施例２４）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウムタンタレートからなる第２微粒子が７
０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのリチウムチタネート短繊維から
なる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポットに
入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよび
トルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製し
た。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１８と同様
な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体に
混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５ｍ
ｍの電解質板を作製した。

【０１０２】（実施例２５）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウムタンタレートからなる第２微粒子が７
０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのリチウム化ジルコニア短繊維か
らなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポット
に入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよ
びトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製
した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１８と同
様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体
に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５
ｍｍの電解質板を作製した。

【０１０３】（実施例２６）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウムタンタレートからなる第２微粒子が７
０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのリチウムナイオベート短繊維か
らなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポット
に入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよ
びトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製
した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１８と同
様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体
に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５
ｍｍの電解質板を作製した。

【０１０４】（実施例２７）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネートからなる第１微粒子および
同粒径のリチウムタンタレートからなる第２微粒子が７
０：３０の体積比で混合された保持材と、平均径２μ
ｍ、平均長さ３０μｍのリチウムタンタレート短繊維か
らなる補強材とを７０：３０の体積比でアルミナポット
に入れ、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルおよ
びトルエンと共に２０時間湿式混合してスラリーを調製
した。つづいて、前記スラリーを用いて実施例１８と同
様な方法により多孔質体を作製し、さらに前記多孔質体
に混合アルカリ炭酸塩を含浸することにより厚さ０．５
ｍｍの電解質板を作製した。

【０１０５】（実施例２８）まず、平均粒径０．４μｍ
のα−リチウムアルミネート微粒子からなる保持材と、
平均径２μｍ、平均長さ３０μｍのγ−リチウムアルミ
ネート短繊維からなる補強材とを７０：３０の体積比で
アルミナポットに入れ、ポリビニルブチラール、フタル
酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時間湿式混合して
スラリーを調製した。つづいて、前記スラリーを用いて
実施例１８と同様な方法により多孔質体を作製し、さら
に前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を含浸することに
より厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製した。

【０１０６】（実施例２９）まず、平均粒径０．４μｍ
のγ−リチウムアルミネート微粒子および同粒径のリチ
ウムタンタレート微粒子が７０：３０の体積比で混合さ
れた保持材と、平均径２μｍ、平均長さ３０μｍのγ−
リチウムアルミネート短繊維からなる補強材とを７０：
３０の体積比でアルミナポットに入れ、ポリビニルブチ
ラール、フタル酸ジブチルおよびトルエンと共に２０時
間湿式混合してスラリーを調製した。つづいて、前記ス
ラリーを用いて実施例１８と同様な方法により多孔質体
を作製し、さらに前記多孔質体に混合アルカリ炭酸塩を
含浸することにより厚さ０．５ｍｍの電解質板を作製し
た。

【０１０７】実施例１８〜２９および前述した比較例
１、２、１２、１５の各電解質板と、それぞれニッケル
ベースアロイからなるアノード、カソードと、それぞれ
ステンレス鋼からなるセパレータ、エッジシール板、孔
開き板、波板を用いて前述した図２及び図３に示す溶融
炭酸塩型燃料電池を組立てた。

【０１０８】各燃料電池を５気圧で加圧運転を行い、ア
ノードに燃料ガスとしてのＨ₂ ８０体積％とＣＯ₂ ２０
体積％の混合ガスを水蒸気分圧１気圧で加湿したものを
供給し、カソードに酸化剤ガスとしての空気７０体積％
とＣＯ₂ ３０体積％の混合ガスをそれぞれ供給し、７０
０℃で１５０ｍＡ／ｃｍ² の負荷条件で発電試験を行な
った。発電試験は、２０００時間の連続運転を行ない、
その間に５回の熱サイクルをかけた。２０００時間の発
電試験を行った後、前記アノードにＨ₂ ８０体積％とＣ
Ｏ₂ ２０体積％の燃料ガスに対してＨｅを１０体積％加
えた混合ガスを供給し、カソードに酸化剤ガスとしての
空気７０体積％とＣＯ₂ ３０体積％の混合ガスをそれぞ
れ供給し、カソードの出口側のガス中に含まれるＨｅ濃
度を測定することによりガスクロスリークを求めた。す
なわち、この例では高出力化を図るために前述した実施
例１〜１７の条件より過酷な加湿雰囲気で運転した時の
ガスクロスリークを評価した。その結果を下記表４およ
び表５に示す。

【０１０９】

【表４】

【０１１０】

【表５】

【０１１１】前記表４および表５から明らかなようにα
−リチウムアルミネートからなる平均粒径０．２〜０．
６μｍの第１微粒子とリチウム化ジルコニア、安定化ジ
ルコニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベー
トおよびリチウムチタネートの群から選ばれる少なくと
も１つの材料とからなる平均粒径０．２〜０．６μｍか
らなる第２微粒子との混合微粒子である保持材と、リチ
ウムアルミネート、リチウム化ジルコニア、安定化ジル
コニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベート
およびリチウムチタネートの群から選ばれる少なくとも
１つの材料からなる短繊維である前記補強材とから構成
された多孔質体を有する電解質板（実施例１８〜２７）
を備えた燃料電池は、２０００時間の間に５回の熱サイ
クルを加えた加湿運転試験後のガスクロスリーク量が出
口側のカソードガス流量に対して１％以下に収まり、長
寿命で高い信頼性を有することがわかる。

【０１１２】また、前記特定の材料からなる第１微粒子
もしくは第２微粒子を必須の成分として含まない保持材
と特定の平均径および平均長さを有し、リチウムアルミ
ネート、リチウム化ジルコニア、安定化ジルコニア、リ
チウムタンタレート、リチウムナイオベートおよびリチ
ウムチタネートの群から選ばれる少なくとも１つの材料
からなる短繊維である補強材とから構成された多孔質体
を有する実施例２８、２９の電解質板を備えた燃料電池
は、２０００時間の間に５回の熱サイクルを加えた加湿
運転試験後のガスクロスリーク量が出口側のカソードガ
ス流量に対して２〜３％で、前記実施例１８〜２７の電
解質板を備えた燃料電池に比べて電解質の保持特性や耐
クラック特性が劣る。ただし、比較例１、２、１２、１
５の電解質板を備えた燃料電池が２０００時間の間に５
回の熱サイクルを加えた加湿運転試験後のガスクロスリ
ーク量が出口側のカソードガス流量に対して５％以上で
あるのに比較して実施例２８、２９の電解質板を備えた
燃料電池は改善されていることがわかる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば電
解質板の強度を向上し、かつ前記電解質板中の電解質の
流出を低減して、前記電解質の流出に伴う前記電解質板
の内部抵抗の増大、ガスクロスオーバの発生を抑制した
長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供できる。

【０１１４】また、本発明によれば高温、加湿の運転に
おいて電解質板の安定性および強度が向上されると共
に、前記電解質板中の電解質の流出を低減して、前記電
解質の流出に伴う前記電解質板の内部抵抗の増大、ガス
クロスオーバの発生を抑制した高出力で長寿命の溶融炭
酸塩型燃料電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融炭酸塩型燃料電池の基本構成を示す概略
図。

【図２】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池の一般的
に構成を示す斜視図。

【図３】図２の要部を分解して示す斜視図である。

【符号の説明】

１１…アノード（燃料極）、１２…カソード（空気
極）、１３…電解質板、１４…セパレータ、２１…燃料
ガス、２４…酸化剤ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 和明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 立石 浩史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気導電性を有する一対の電極；前記電
   極間に挟まれて配置され、保持材および補強材を含む多
   孔質体と前記多孔質体に含浸された混合アルカリ炭酸塩
   を含む電解質とから構成され、前記保持材は平均粒径
   ０．２〜０．６μｍの微粒子からなり、前記補強材は平
   均径０．５〜５μｍおよび平均長さ５０μｍ以下の短繊
   維からなる電解質板；前記一方の電極に燃料ガスを供給
   するための燃料ガス供給手段；および前記他方の電極に
   酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給手段；を備
   えたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
2. 【請求項２】 前記保持材を構成する前記微粒子は、リ
   チウムアルミネート、リチウム化ジルコニア、安定化ジ
   ルコニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベー
   トおよびリチウムチタネートの群から選ばれる少なくと
   も１つの材料からなることを特徴とする請求項１記載の
   溶融炭酸塩型燃料電池。
3. 【請求項３】 前記補強材を構成する前記短繊維は、リ
   チウムアルミネート、リチウム化ジルコニア、安定化ジ
   ルコニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベー
   トおよびリチウムチタネートの群から選ばれる少なくと
   も１つの材料からなることを特徴とする請求項１記載の
   溶融炭酸塩型燃料電池。
4. 【請求項４】 前記保持材および前記補強材は、互いに
   異なる材料からなることを特徴とする請求項２または３
   記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
5. 【請求項５】 前記多孔質体中の前記保持材および前記
   補強材の割合は、体積比率にて５：５〜９：１であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
6. 【請求項６】 電気導電性を有する一対の電極；前記電
   極間に挟まれて配置され、保持材および補強材を含む多
   孔質体と前記多孔質体に含浸された混合アルカリ炭酸塩
   を含む電解質とから構成され、前記保持材はα−リチウ
   ムアルミネートからなる平均粒径０．２〜０．６μｍの
   第１微粒子とリチウム化ジルコニア、安定化ジルコニ
   ア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベートおよ
   びリチウムチタネートの群から選ばれる少なくとも１つ
   の材料とからなる平均粒径０．２〜０．６μｍからなる
   第２微粒子との混合微粒子であり、前記補強材はリチウ
   ムアルミネート、リチウム化ジルコニア、安定化ジルコ
   ニア、リチウムタンタレート、リチウムナイオベートお
   よびリチウムチタネートの群から選ばれる少なくとも１
   つの材料からなる短繊維である電解質板；前記一方の電
   極に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段；およ
   び前記他方の電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤
   ガス供給手段；を備えたことを特徴とする溶融炭酸塩型
   燃料電池。
7. 【請求項７】 前記保持材を構成する前記第１微粒子と
   前記第２微粒子とは、体積比率にて５：５〜９：１の割
   合で配合されることを特徴とする請求項６記載の溶融炭
   酸塩型燃料電池。
8. 【請求項８】 前記補強材を構成する前記短繊維は、平
   均径０．５〜５μｍおよび平均長さ５０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項６記載の溶融炭酸塩型燃料電
   池。
9. 【請求項９】 前記保持材は、α−リチウムアルミネー
   トからなる前記第１微粒子とリチウム化ジルコニアから
   なる前記第２微粒子とで構成され、前記補強材はリチウ
   ムアルミネートまたはリチウム化ジルコニアからなる短
   繊維で構成されることを特徴とする請求項６記載の溶融
   炭酸塩型燃料電池。
10. 【請求項１０】 前記多孔質体中の前記保持材および前
    記補強材の割合は、体積比率にて５：５〜９：１である
    ことを特徴とする請求項６記載の溶融炭酸塩型燃料電
    池。